1 引言
在vvvf异步电机变频调速中,最重要的一个控制环节是通过在线磁链闭环将电机磁链始终保持在给定值上,并不受电机运行温度变化的影响,既不过励也不欠励,这样才能使变频器的电流容量得到充分有效的利用,从而能大幅度降低产品成本和提高市场竞争能力。然而对现有的直接转矩控制、矢量控制及v/f控制等各式异步电机变频调速产品来说,特别是在起动和低速区的定子电阻上压降不可以忽略并要求定子电阻值在线自适应电机运行温度的变化时,实现上述要求的难度很大[3]。

图1 仿真结果曲线一(没有对rs进行在线自校正,
)
图 2 仿真结果曲线二(对rs进行在线自校正,
)

图 3 仿真结果曲线三(对rs进行在线自校正,
)
文献[1]结合多项专利提出在定子磁链定向矢量控制下通过在线定子磁链闭环去自动校正定子电阻(rs)方法并提出了具体结构图,从而一举解决了上述难题。这种方法不但能在无转速信号下独立运行,又可进一步在有转速信号时加上转矩闭环还可再加上转速闭环情况下运行,如用于电梯等势能负载和各式轨道或公路电动车辆。
文献[2]在此种方法的基础上(电路结构图及定子磁链在线观测式均见该文)对其鲁棒性进行了深入研究,并获得了圆满结果。
异步电机变频调速在无转速信号下的独立运行为最基本的工作方式,在本文中用matlab对其实施了进一步的仿真,从而获得了一些重要结果并对其作了评述。
2 仿真结果
所得仿真结果曲线分别如图1、图2及图3所示:
各图中的符号含义说明如下:
is—定子电流实际波形(a);
cis—定子磁链实际值(vs);
n—电机实际转速(r/min);
tm—负载转矩(n?m);
t—时间(s),
tm0 —负载的起动转矩值,
isp—起动区间定子电流波形的最大幅值。
在图1、图2及图3中,电机参数、定子频率随时间上升的斜率及定子磁链给定值均彼此相同而保持不变。
3 仿真结果评述
由图1可见,在起动及低速区中,cis显著地低于定子磁链给定值,直到n 大于500时才开始接近定子磁链给定值。
在图2及图3中,可见在经过预励磁时间(约0.7s)后,cis即始终保持在定子磁链给定值上,而不受tm阶跃变化及is、定子频率及定子电压等变化的影响。
将图1与图2相对比,可见在相同的负载起动转矩tm0 均等于8情况下,图2的isp(=12)仅为图1的isp(=18)的 2/3(=12/18)。
将图1(isp=18)与图3(isp=16)相对比,可见图3的tm0 (=14)为图1的tm0 (=8)的1.75(=14/8)倍。在小的变频逆变器的电流下获得如此高的起动转矩是依靠在线定子磁链闭环去自动校正定子电阻值而取得的,且不受电机运行温度变化的影响,这是一般采用人工提升或补偿方法所无法实现的。
在电机零速起动阶段,定子电压值很小,还受到开关管压降及死区等效压降的影响,准确采样难于保证。而在文献[1]中所用的电机定子磁链观测式中不包含定子电压、定子电阻及转子时间常数等这些因子(因而能在线自适应电机运行温度的变化去自动校正定子电阻值),但引入了电机无功功率因子;而上述开关管压降及死区等效压降均与电流同相,只影响到有功功率,这样一来计算无功功率所需的信息就可在同步座标系中方便地取得。
在文献[1]中所用的电机定子磁链观测式中还包含有电机的固有参数即漏磁系数σ和定子绕组自感l1,现这二种固有参数的在线高精度辩识技术已开发出来(并已向专利局申请了发明专利),这十分有利于在使用现场对控制参数进行设定。
4 结束语
综上所述,依靠在线单片计算机或数据处理器的软件,就可实现本文所列举的各项优良性能,从而能使变频逆变器的电流得到有效的利用,这既大大降低了变频逆变器电流容量亦即产品成本,与此同时又节约了可贵资源给社会带来良好效果。